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在自主机器人以昆虫触角电位传感器的嗅觉搜索
在自主机器人以昆虫触角电位传感器的嗅觉搜索
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JoVE Journal Neuroscience
Using Insect Electroantennogram Sensors on Autonomous Robots for Olfactory Searches

在自主机器人以昆虫触角电位传感器的嗅觉搜索

Full Text
23,697 Views
07:23 min
August 4, 2014

DOI: 10.3791/51704-v

Dominique Martinez1, Lotfi Arhidi1, Elodie Demondion2, Jean-Baptiste Masson3, Philippe Lucas2

1UMR 7503, Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications (LORIA),Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 2UMR 1392 iEES-Paris,Institut d'Ecologie et des Sciences de l'Environnement de Paris, 3Physics of Biological Systems,Institut Pasteur

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

我们描述了一种在自主机器人上以电图(EAG)的形式使用昆虫触角的协议。我们的实验设计允许在一天内进行稳定的记录,并解决高达 10 Hz 的单个气味斑块。EAG 传感器用于嗅觉搜索的效率在将机器人驱向气味源中得到了证明。

该程序的总体目标是记录来自整个昆虫制剂的电图或脑电图,并使用昆虫触角作为嗅觉机器人中的生物传感器。这是通过首先将动物拴在聚苯乙烯泡沫塑料块中来实现的。第二步是将两个 EAG 电极、一个参比电极放入昆虫的颈部,并在天线尖端放置一个记录移液器。

接下来,将电极连接到具有足够信号放大和滤波的电生理学板。最后一步是将 EAG 制剂安装在移动机器人上。最终,通过使用与真实动物相同的传感器,可以获得结果,以显示嗅觉导航到气味源。

该机器人平台为测试有关昆虫嗅觉涂层和嗅觉导航的假设提供了一种直接的方法。与基于切除和天线 E 的现有方法相比,我们今天要介绍的技术的优势在于,它允许更长时间的稳定记录。要记录整个昆虫制剂的 EAG,首先将两根银丝浸入浓漂白剂溶液中 10 至 20 分钟,然后冲洗。

该工艺可防止电极极化 用电极极化从火抛光毛细管中制造玻璃电极 极性火抛光可防止电极划伤氯化银线。接下来,用二氧化碳麻醉雄蛾,将其放入泡沫塑料块中,头部从顶部伸出,用油漆胶带将昆虫的头部拴在脖子上,将银线作为参考电极插入脖子。在立体显微镜下,用细条画家胶带固定其中一个天线的尖端和底部。

用手术剪刀剪掉天线的远端两到三个部分。然后用微型机械手将玻璃电极放置在天线的切割尖端附近。用镊子切出玻璃毛细管的末端,以获得略大于天线切割尖端的直径。

用缓冲溶液填充玻璃移液器。然后用微型机械手将天线的切割尖端插入玻璃毛细管中。最后,将用作记录电极的银线滑入玻璃毛细管安装的最大末端,安装整个制剂。

也就是说,昆虫电极和微型机械手放在拧在机器人顶部的金属板上。设计一个硬件接口,使 EAG 输出电压适应适合机器人扩展板的范围,如文本协议中所述。简要包括一个高输入阻抗放大器、一个低通和高通滤波器以及一个第二级放大器。

接下来,将电极连接到差分 EAG 输入。将记录电极连接到前置放大器的反相输入端,以获得正脑电图。开发了定制的 c plus plus 软件,以实现图形用户界面以及用于信号检测和控制机器人的各种功能。

可以通过对允许快速可靠的信息素检测的神经机制进行建模来执行信号检测。在 mths 中,通过模仿生物学 在 mths 中,接收来自天线的输入的中枢神经元以刻板的激发抑制放电模式响应信息素 为了实现信号检测,将神经元模型实现为微分方程,这可以在文本协议中找到。每当定义为三个连续的尖峰间隔的激发爆发时,检测信息素命中。

小于 70 毫秒时,抑制定义为大于或等于 350 毫秒的间点间隔。响应信息素脉冲的脑电图显示,测量系统可以分辨高达 10 赫兹的信息素脉冲。定期记录 EAG 以响应信息素刺激,以测试整个昆虫制剂随时间推移的稳定性。

与切除的和触角相比,整个昆虫制剂在一个工作日内表现出良好的稳定性。相比之下,在孤立天线上记录的脑电图随着时间的推移迅速下降,因此信号仅在 1.5 小时后就下降到其初始值的一半。这一次,依赖性由指数衰减来描述,生命周期为 2 小时。

最后,测试了 EAG 机器人平台使用反应性搜索策略搜索气味源的能力。搜索策略将每次检测到信息素时逆风浪涌与螺旋投射相结合。在没有气味源的情况下没有检测到,EAG 保持在零附近,很少或没有检测到,机器人执行螺旋铸造,通常在到达目标位置之前离开搜索空间。

相反,对于气味源,EAG 呈现来自检测的活动爆发与来自未检测到的沉默期交织在一起。螺旋铸造主要发生在羽流轮廓处,当气味消失时,螺旋铸造似乎是重新定位羽流中心线的有效策略。看完这个视频,你应该对如何记录来自壁虫制剂的电子电报,以及在嗅觉机器人上使用昆虫天线有一个很好的了解。

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